Page 394 - 《软件学报》2025年第10期

杨乐 等: BIVM: 类脑计算编译框架及其原型研究 4791

D
A
A 1 A 3 C
交叉开关
ADC
移位累加
激活函数
A 2 A 4
池化
图 B3 矩阵映射示例 图 B4 XB-SIM*处理单元
在使用 ReRAM 计算 SNN 的发放过程时, 主要需要利用到的处理单元中的组件包括 DAC、ADC 以及交叉开
关. 由于脉冲信号本身仅为 0/1, 因此无需使用移位累加单元. 激活函数单元和池化单元在 SNN 中没有对应的结
构, 因此也无需使用这些单元. 每次计算将会独占 DAC、ADC 和交叉开关, 考虑 3 个器件各自的可能的延迟相加,
∗
XB-SIM 将处理一次 SNN 发放过程计算的总时延设为 100 ns. XB-SIM 中 ∗ DAC、ADC 和交叉开关的重要参数包括:
交叉开关规模 w、h: 交叉开关所包含的行数、列数. 这一参数会影响矩阵向交叉开关上的映射方式.
权值存储范围 W max , W min : 交叉开关中每个交叉点存储权值的范围, 取决于器件材料物理特性所决定的最大
可容许电导范围. 在采取 2T2R 结构的交叉开关中, 这个范围可以同时包含正数和负数.
权值存储精度 W: 交叉开关中每个交叉点的可能离散电导值个数, 取决于器件材料物理特性所决定的有效电
导稳定性. 在采取 2T2R 结构的交叉开关中, 可能的离散电导值个数是单个 ReRAM 的两倍.
以上两个参数会影响交叉开关所能有效表现的权值范围.
ADC 输出精度 ϵ out : ADC 将交叉开关一列的电流转换为读数时, 所能区分的最小电流变化.
ADC 输出位宽 b out : ADC 电流读数的位宽. 超出这一范围的电流读数将会被截断到最大或最小值上.
2 b out −1
以上两个参数决定了交叉开关所能有效表现的输出范围. ADC 所能有效表达的电流范围是 ±ϵ out , 在电流超
出这一范围时会被截断到最大或最小值上.
DAC 输出电压: 当输入为 1 时, DAC 所输出的电压.

杨乐(1997－), 男, 硕士, 主要研究领域为类脑计 渠鹏(1991－), 男, 博士, 助理研究员, CCF 专业
算, 计算机体系结构. 会员, 主要研究领域为计算机体系结构, 类脑
计算.

刘晓义(1999－), 男, 硕士生, CCF 学生会员, 主 崔慧敏(1979－), 女, 博士, 研究员, 博士生导师,
要研究领域为类脑计算, 计算机体系结构. CCF 高级会员, 主要研究领域为编译优化, 并行
编译, 异构编程, 异构编译优化.

李广力(1992－), 男, 博士, 助理研究员, CCF 专 张悠慧(1974－), 男, 博士, 研究员, 博士生导师,
业会员, 主要研究领域为异构编程, 编译优化. CCF 高级会员, 主要研究领域为高性能处理器
微体系结构, 类脑计算芯片, 基础软件.